FARE SCIENZA NELLA SCUOLA D INFANZIA a cura di Alberto Panzarasa e Paola Tacconi Tutor ISS provincia di Pavia

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1 FARE SCIENZA NELLA SCUOLA D INFANZIA a cura di Alberto Panzarasa e Paola Tacconi Tutor ISS provincia di Pavia

2 FISICA: I FLUIDI A.Panzarasa, P. Tacconi 2

3 PERCHE IL LIQUIDO E LIQUIDO? Il liquido è una sostanza che non ha una forma propria, assume la forma del contenitore, ha un proprio volume (occupa uno spazio) ed è scarsamente comprimibile. Esperimento 1: GIOCHI CON L ACQUA Capire che i fluidi non hanno una forma propria. Materiali Contenitori trasparenti di diversa forma e grandezza: due di questi graduati, acqua. : a) Far travasare l acqua in contenitori diversi, osservare che forma acquista un liquido libero di muoversi. Verbalizzare le esperienze e disegnarle. b) Versare una piccola quantità d acqua sul piano del tavolo e osservare che l acqua, come tutti i liquidi, scorre e non assume una forma propria. Cosa accade e perché L acqua è fluida: può essere versata e vi si possono immergere degli oggetti. Le molecole che la costituiscono, infatti, si muovono senza separarsi, perché si attirano a vicenda. Esperimento 2: MOLECOLE FITTE/MOLECOLE RADE Facciamo visualizzare ai bambini, attraverso una drammatizzazione, com è fatta una goccia d acqua e come si comporta quando passa dallo stato liquido a quello solido. Materiali Scotch colorati uno rosso e uno blu. Premessa teorica - La densità misura quante molecole di una certa sostanza occupano un determinato volume. Contare le molecole è molto difficile, così si preferisce misurare il peso, è per questo che la densità esprime il rapporto tra il peso di una certa quantità di molecole e il volume che esse occupano. - Le molecole si attraggono le une con le altre. - Nei solidi le molecole si attraggono molto e così è difficile spezzare il loro legame. - Nei liquidi quest attrazione è meno forte. - Alzando la temperatura di un liquido le particelle di cui è composto, si agitano e in uno stesso spazio se ne trovano di meno, la loro densità diminuisce; abbassando la temperatura, le particelle si muovono di meno e quindi uno stesso spazio può contenerne di più. Percorso didattico I bambini impersonano le molecole d acqua: a. il corpo rappresenta l ossigeno b. le braccia rappresentano gli idrogeni c. le mani restano disponibili a formare i legami idrogeno attaccandosi, senza stingere troppo, alle caviglie di un altro bambino. Le caviglie rappresentano i due appigli forniti all ossigeno. Una mano non può stringerne un altra, ma deve respingerla un poco. I bambini sdraiati per terra stringono con le loro mani le caviglie dl due compagni vicini. A.Panzarasa, P. Tacconi 3

4 Proviamo ora a simulare cosa accade quando la temperatura si abbassa e la goccia d acqua diventa ghiaccio: le mani tengono ancora le caviglie dell altro bambino ma si tendono e lo spazio occupato dai bambini così distesi è maggiore rispetto a prima così pure lo spazio tra i singoli bambini. La goccia d acqua è diventata un cristallo di ghiaccio con le molecole disposte in una rete molto aperta con numerosi spazi vuoti (bassa densità). I legami d idrogeno tengono unito il cristallo trasmettendogli forza e rigidità, ma nello stesso tempo sono anche responsabili dei suoi spazi vuoti, o in altre parole della sua bassa densità rispetto all acqua. Ecco perché il ghiaccio galleggia sull acqua. Esperimento 3: LE GOCCE SI ATTACCANO E SI STACCANO, IL PASSAGGIO DI STATO DELL ACQUA Studio del passaggio di stato da liquido a solido. Materiali Acqua, un piccolo recipiente, congelatore. Mettere un po d acqua in un recipiente e segnare con un pennarello il livello. Porre il tutto dentro ad un congelatore, lasciarlo per il tempo necessario alla solidificazione. Estrarre il recipiente e osservare cosa è accaduto. Cosa accade e perché L acqua si è trasformata in ghiaccio e ha superato il livello segnato in precedenza. Al momento del congelamento l acqua si espande e lo stesso numero di molecole occupa uno spazio più grande. ROMPIAMO L ACQUA: LA COESIONE Perché è così doloroso prendere una panciata sbagliando un tuffo o com è possibile far rimbalzare un sasso piatto sulla superficie di un mare calmo prima che affondi. Queste esperienze danno la percezione della superficie dell acqua come qualcosa di resistente, che è difficile rompere. Esperimento 4: LA FORMA DELL ACQUA Osservare la coesione di una goccia d acqua. Materiali Un contagocce o una siringa priva di ago, un bicchiere, piccoli materiali (graffette, fermagli). Versiamo dell acqua sul tavolo e osserviamo il comportamento: la vedremo allargarsi in una chiazza tondeggiante che ci appare come rivestita da un involucro trasparente. Tocchiamola delicatamente con il polpastrello del dito. Cosa accade e perché La chiazza rimane intatta e non si spande. A.Panzarasa, P. Tacconi 4

5 Riempiamo un bicchiere d acqua fino all orlo e poi ci facciamo cadere molto delicatamente piccoli oggetti (graffette, puntine): l acqua supererà visibilmente il margine senza traboccare dando proprio l impressione di essere racchiusa da una pellicola che non fa uscir l acqua. Allo stesso modo alcuni insetti scivolano quasi magicamente sulla superficie di uno stagno, grazie alla resistenza che gli oggetti incontrano nel tentativo di attraversare la superficie dell acqua liquida. Cosa accade e perché Questa pellicola avvolgente esiste davvero ed è fatta di molecole d acqua ben ordinate e ben tese sulla superficie dell acqua. Le molecole della superficie, non avendo altre molecole che le attirino dall alto, sono legate fra loro più tenacemente. Ogni molecola che si trova sulla superficie della goccia è soggetta a forze esercitate solo dalle molecole vicine e da quelle sottostanti ed è quindi attratta verso il centro della massa del liquido. Sulla superficie dell acqua si viene a creare uno strato ordinato di molecole legate tra loro, una specie di pellicola resistente, che crea uno stato di tensione superficiale.. E così che si forma una specie di pellicola resistente capace di sostenere anche piccoli pesi. Quando riempi il bicchiere fino all orlo, osserva da vicino la superficie dell acqua: se supera l orlo, s incurva. La tensione superficiale, infatti, tende a racchiudere l acqua come in un sacchetto e se l acqua è, poca la chiude in una forma rotonda: la goccia. E proprio questa tensione superficiale che permette ad alcuni animali di camminare sull acqua come l idrometra e a te di fare le bolle di sapone. Esperimento 5: LA PELLE DELL ACQUA SCOPO Dimostrare la presenza della tensione superficiale. Materiali Ago, bicchiere, pinzette. : 1. riempi un bicchiere d acqua fino all orlo; 2. prendi un ago con le pinzette e adagialo molto delicatamente sulla superficie dell acqua. Cosa accade e perché L ago galleggia perché le molecole d acqua, in superficie, formano come una pellicola che è in grado di sostenere un corpo leggero. Ognuna delle molecole che si trova all interno di una goccia d acqua è soggetta a forze di attrazione esercitate in tutte le direzioni dalle altre molecole che la circondano, si trova quindi in una situazione di equilibrio; diversamente, ogni molecola che si trova sulla superficie della goccia è soggetta a forze esercitate solo dalle molecole vicine e da quelle sottostanti ed è quindi attratta verso il centro della massa del liquido. Al confine fra acqua e aria si crea di conseguenza uno stato ordinato di molecole legate tra loro. La forza che tiene unite le molecole si chiama tensione superficiale. A.Panzarasa, P. Tacconi 5

6 Esperimento 6: BUCHI NELL ACQUA Borotalco, acqua, sapone liquido, un catino : a. Riempi d acqua un catino. b. Cospargi di borotalco la superficie dell acqua c. Immergi qua e là la punta di un dito, come per bucherellare l acqua. Cosa accade e perché Appena togli il dito la pellicola superficiale, resa visibile dal talco, si richiude perché la tensione superficiale è una forza intensa, che s interrompe solo momentaneamente quando immergi il dito. : d. Metti su un dito una goccia di sapone liquido e immergi il dito insaponato in un punto vicino al bordo del lavandino. e. Bucherella il borotalco con il dito insaponato. Alla prima immersione del dito insaponato il borotalco si allontana di colpo da quel punto. Le successive immersioni nella zona con il borotalco lasciano dei buchi. Il sapone diminuisce la tensione nel punto in cui il dito s immerge, sul resto della superficie la tensione risulta maggiore e attira e trattiene il borotalco. I buchi lasciati dal dito insaponato non si richiudono perché in quei punti il sapone non permette che le molecole si attraggano tra loro e ricompongano la pellicola superficiale. Esperimento 7: BARCA A SAPONE Rompere la tensione superficiale di un liquido (acqua, olio, aranciata, ecc.). Il sapone diminuisce la forza che tiene unite le molecole d acqua. : a. Riempi d acqua un catino. b. Ritaglia dal cartoncino una sagoma triangolare e quando l acqua è ferma, appoggiala in un angolo del catino, con la punta rivolta verso il centro. c. Metti un po di sapone sulla punta di un dito e immergi il dito dietro la barca. La barca parte di scatto verso il lato opposto del recipiente. Infatti, all inizio dell esperimento la barca sta ferma perché la tensione superficiale la attira in tutte le direzioni. Il sapone riduce la tensione dietro la barca, che quindi è attirata in avanti, nella zona dove la tensione è ancora forte. Se vorrai rifare l esperimento, dovrai cambiare acqua. A.Panzarasa, P. Tacconi 6

7 L ACQUA INCONTRA I MATERIALI Studio della relazione tra l acqua e altri materiali: la forza di adesione. Esperimento 8: SI BAGNA O NON SI BAGNA? SCOPO Studiare come i diversi materiali si bagnano con l acqua. Bacinella, acqua, tulle, carta assorbente, spugne, pezzi di stoffa, polistirolo, fogli di plastica liscia, un pezzo di plastica ruvido, gomma, vetro, ceramica. Immergiamo in una bacinella d acqua del tulle, carta assorbente, spugne, pezzi di stoffa, polistirolo, fogli di plastica liscia, un pezzo di plastica ruvido, gomma, vetro, ceramica. Il tulle si bagna ma non assorbe, l acqua non rimane e non si strizza; il tessuto di cotone assorbe l acqua; sul polistirolo le gocce rimangono divise e l acqua scorre via subito; la plastica sia liscia che ruvida non si bagna e l acqua scivola via. L acqua quando viene a contatto con un oggetto può a) scivolare, b) essere assorbita, c) bagnare l oggetto. L acqua scivola sul polistirolo, sul foglio di acetato, sulla padella antiaderente: le gocce rotolano via, quasi sferiche, senza attaccarsi al materiale antiaderente. L acqua bagna un oggetto come il nostro corpo quando le gocce si spandono come a formare un velo che in qualche modo si attacca all oggetto. L acqua è assorbita quando penetra dentro il materiale. Realizziamo un cartellone suddiviso in tre colonne e disponendo i materiali secondo i tre diversi comportamenti dell acqua. Esperimento 9: ASSORBE O NON ASSORBE? SCOPO Suddividere i materiali secondo la caratteristica di assorbire o non assorbire l acqua. Riprendiamo lo stesso esperimento precedente. Per assorbire l acqua, un oggetto deve tenerla dentro, perché questo accada, ci devono essere dei fori della dimensione giusta. Infatti, se i buchi sono troppo piccoli, l acqua non riesce a entrare come succede nelle membrane impermeabili: ombrelli, giacche a vento. Questi tessuti hanno dei fori così piccoli che impediscono alle molecole d acqua, legate tra loro in forma di gocce di pioggia, di passare attraverso il tessuto. Se invece i buchi sono troppo grossi, succede come nel tulle che ha le fibre più staccate e l acqua non è trattenuta e passa giù. Tutti i materiali che assorbono devono avere una struttura porosa nella quale l acqua riesce a penetrare, cacciando via l aria che occupa i piccolissimi spazi interni. LA FORZA DELL ACQUA: IL MOTO DELL ACQUA L acqua scorre verso il basso attratta dalla forza di gravità e la sua forza di caduta è tale da poter essere trasformata in energia elettrica. Esperimento 10: L ACQUA VA IN SALITA Due vetrini, un elastico, uno stuzzicadenti, acqua. A.Panzarasa, P. Tacconi 7

8 : a. Sovrapponi i due vetrini in modo da farli coincidere perfettamente; lungo uno dei lati lunghi interponi uno stuzzicadenti e ferma la struttura con un elastico facendo in modo che il tutto rimanga ben unito; b. Immergi verticalmente questo strumento nell acqua. Dopo qualche secondo l acqua sale nello spazio tra i due vetrini, risalendo molto più in alto dove i due vetrini sono più a contatto, mentre l altezza decresce man mano che ci si avvicina al lato in cui i due vetrini sono separati dallo stuzzicadenti. Lo spazio tra i due vetrini è diverso ed è minore dove i vetrini sono a contatto. Poiché l acqua sale tanto di più, quanto più sottile è il tubo capillare, l acqua raggiunge la sua massima altezza sul lato, dove i vetrini si toccano e decresce man mano fino al livello minimo. L acqua, infatti, nei tubi molto stretti si arrampica come se fosse attratta verso l alto: è il fenomeno della capillarità, che permette alle piante di assorbire con le radici l acqua dal terreno e farla arrivare fino alle foglie. Esperimento 11: IL FIORE CHE SBOCCIA Un foglio colorato, forbici, un piatto fondo con dell acqua. a. Riproduci la sagoma che vedi nell illustrazione e ritagliala. b. Piega verso l interno i petali lungo le linee tratteggiate. c. Appoggia il fiore di carta sull acqua Il fiore lentamente si apre. L acqua penetra per capillarità nei piccoli spazi vuoti che ci sono fra le fibre della carta e la gonfia, di conseguenza le piegature si distendono facendo aprire il fiore. GALLEGGIA O NON GALLEGGIA? Galleggiare è una forma di relazione tra sistemi: cioè bisogna saper descrivere il fenomeno del galleggiamento correlando le variabili di chi galleggia con quelle del mezzo in cui si galleggia. Lo scopo è comprendere perché alcuni corpi galleggiano e altri no tramite semplici esperimenti. Scoprire sperimentalmente il Principio di Archimede. In particolare si vuole mostrare che: 1. il peso di un corpo diminuisce quando viene immerso in un liquido, come se ricevesse una spinta dal basso verso l alto (spinta di Archimede); 2. il galleggiamento non dipende dal peso del corpo; 3. la spinta dipende solo dalle dimensioni (volume) del corpo, e non dal materiale del quale il corpo è costituito. L obiettivo finale è mostrare, tramite prove effettuate personalmente dai bambini, che tutti i corpi ricevono una spinta dal basso verso l alto e che ogni corpo sposta una certa quantità del liquido. In questo modo si fa scoprire gradualmente al bambino quali sono le condizioni che permettono il galleggiamento. A.Panzarasa, P. Tacconi 8

9 Esperimento 12: L ACQUA SPINGE Una bacinella trasparente, dell acqua, una palla di gomma, un paio di forbici. Immergiamo la nostra mano aperta dentro ad una bacinella piena d acqua. Immergiamo poi uno per volta gli altri oggetti e cerchiamo di spingerli a fondo. Ci accorgiamo che dobbiamo fare una certa forza per spingere la mano fino a toccare il fondo della bacinella e notiamo che il livello del liquido si è alzato. La stessa cosa succede con gli altri oggetti che galleggiano. Sentiamo che l acqua oppone una certa resistenza alla penetrazione della nostra mano. Se cerchiamo di spingere la palla verso il fondo, dobbiamo fare molta forza e quando la lasciamo andare, torna a galla con violenza. Non si fa alcuna forza invece per mandare sott acqua oggetti che affondano. Con queste esperienze il bambino arriva a percepire la presenza della spinta dell acqua. Si fa forza perché un oggetto con densità minore di quella dell acqua possa occuparne lo spazio; appena si smette di fare forza, l acqua lo spinge verso l alto riprendendo il suo posto. Esperimento 13: IL LIVELLO DEL LIQUIDO SI ALZA Con un pennarello tracciamo una linea sul contenitore in corrispondenza del livello dell acqua. Immergiamo ora di nuovo la mela. Controlliamo il livello raggiunto dall acqua e tracciamo un nuovo segno. Procediamo allo stesso modo con il paio di forbici. Il livello dell acqua è salito, andando a occupare nuovo spazio poiché lo spazio che occupava in precedenza è ora riempito o dalla mela, o dal paio di forbici. Esperimento 14: IN ACQUA I CORPI SEMBRANO PIU LEGGERI Un dinamometro, una mela, un paio di forbici, uno spago sottile, un catino profondo, acqua. : a. lega la mela con uno spago e appendila al dinamometro e guarda dove arriva il dinamometro, b. riempi d acqua il catino c. immergi la mela nell acqua senza toglierla dal dinamometro e osserva ora la linea del dinamometro d. lega ora il paio di forbici e ripeti l esperimento Quando la mela è nell acqua il dinamometro segna un peso inferiore. Infatti, quando la mela entra nell acqua ne sposta una certa quantità; l acqua spostata cerca di riprendere il suo posto e preme sulla mela spingendola verso l alto. Questa spinta si chiama idrostatica e corrisponde al peso dell acqua spostata. A.Panzarasa, P. Tacconi 9

10 Esperimento 15: GALLEGGIA O AFFONDA Una mela, una carota, una patata, un uovo, un arancia, un pezzo di legno, una gomma, una candelina, un pezzo di spago annodato, un chiodo, una paglietta d acciaio, un tappo di sughero, un pezzo di spugna, un foglio di alluminio, un sasso, un ago, due forchette uguali per forma e grandezza una di plastica e l altra di metallo, un recipiente trasparente alto stretto e graduato. Con i bambini scegliamo alcuni oggetti, tra quelli che si trovano a scuola e aggiungiamo anche quelli sopra elencati. Sebbene tutti i bambini abbiano delle esperienze di galleggiamento, alcuni oggetti hanno un comportamento non facile da prevedere. Prima di procedere con le prove di galleggiamento si prepara un grande foglio di carta, lo si divide in due parti con una riga e si scrive "affonda" da un lato e "galleggia" dall'altro ("sink" e "float" nella foto). -Si dispongono gli oggetti che si pensa affonderanno nella parte "affonda" e quelli che si pensa galleggeranno nella parte "galleggia". Si fotografa la situazione di previsione e si procede con l'esperimento. Mano a mano che si effettuano le prove, si dispongono di nuovo gli oggetti sul foglio. Infine si fotografa la situazione ottenuta. Dal confronto tra le due foto può emergere un'interessante discussione. -L insegnante potrà contemporaneamente realizzare il cartellone delle previsioni e delle osservazioni, inserendo eventualmente anche una terza colonna quella delle previsioni incerte e registrare le risposte dei bambini prima dell esperimento. -Successivamente si procede all esperimento: i bambini provano ordinatamente ad immergere, uno alla volta, i diversi oggetti e quindi a verificare se le loro previsioni corrispondono a ciò che stanno osservando. Dopo la verifica sperimentale si possono aggiungere, sullo stesso cartellone, le due colonne delle OSSERVAZIONI e si registrano i risultati dell esperienza. DISEGNO OGGETTO PREVISIONI galleggia affonda PREVISIONI INCERTE OSSERVAZIONI galleggia affonda A.Panzarasa, P. Tacconi 10

11 Occorre far osservare e far riflettere su: cosa succede all acqua quando immergi un oggetto, se gli oggetti che galleggiano lo fanno tutti allo stesso modo, alcuni oggetti pesanti come la mela galleggiano mentre altri, leggeri, come l ago, affondano. Quali sono le proprietà degli oggetti che determinano il galleggiamento? Osservare attentamente le caratteristiche degli oggetti. In particolare poniamo l attenzione sull arancia che abbiamo osservato galleggiare. Ora la sbucciamo e la poniamo nuovamente nel recipiente con dentro l acqua. Ora l arancia affonda perché la buccia rendeva il frutto più voluminoso e quindi spostava una maggiore quantità d acqua sufficiente per farlo galleggiare, inoltre la buccia contiene una buona quantità d aria che funziona come un salvagente. Esperimento 16: UN SOLIDO SPECIALE: IL GHIACCIO Studio del comportamento ghiaccio Materiali Un contenitore, acqua, cubetti di ghiaccio. In un contenitore pieno d acqua immergiamo alcuni cubetti di ghiaccio. Cosa accede e perché I cubetti di ghiaccio galleggiano sull acqua perché il ghiaccio ha una densità minore dell acqua. Gli spazi che si sono creati tra una molecola e l altra nel momento del congelamento rende il ghiaccio meno denso dell acqua; esso occupa un volume maggiore e ciò gli permette di galleggiare sull acqua. QUESTIONI DI DENSITA Ci sono oggetti che hanno un comportamento irregolare, cioè possono sia galleggiare che andare a fondo: dipende di che cosa sono fatti. Esperimento 17: LE PALLINE DI CARTA STAGNOLA Due fogli di alluminio, uno schiaccianoci, acqua e un recipiente. a) Prendere i due fogli d alluminio e appallottolarli. b) Metterli nella vaschetta piena d acqua. Le due palline galleggeranno. Sappiamo che l alluminio è più denso dell acqua, ha cioè un peso specifico maggiore dell acqua e perciò le due palline dovrebbero andare a fondo. Ciò non avviene perché anche se i fogli di alluminio sono stati compressi, al loro interno, è rimasta dell aria. E proprio la presenza dell aria a permettere il galleggiamento. Come avviene per le navi che hanno una forma tale che al loro interno hanno ampi spazi vuoti, cosicché l insieme del peso specifico dell aria e del ferro è minore di quello dell acqua. A.Panzarasa, P. Tacconi 11

12 c) Ora prendi una delle due palline di carta d alluminio, schiacciala molto bene con lo schiaccianoci in modo di far uscire tutta l aria e poi mettila di nuovo nel recipiente. La vedrai andare a fondo. La pallina di alluminio ora è stata compressa in modo da renderla molto densa ecco perché affonda: il peso specifico dell alluminio è maggiore di quello dell acqua. QUESTIONI DI FORMA Esperimento 18: OGGETTI UN PO PARTICOLARI utilizzato Una vaschetta in plexiglas, un coperchio, un po di plastilina. : a) Prendere il pezzo di plastilina modellato a forma di pallina e posarlo dentro il recipiente con dentro l acqua. b) Riprendere la pallina di plastilina, modellarla a forma di barchetta e ripetere lo stesso procedimento sperimentale. c) Da ultimo prendere il coperchio, appoggiarlo sull acqua prima in linea orizzontale, poi verticale. La pallina di plastilina affonda, la barchetta sta a galla. Il coperchio messo sull acqua orizzontalmente galleggia, verticalmente affonda. Un concetto apparentemente intuitivo ci suggerisce che un oggetto leggero galleggia e uno pesante no, o per lo meno che galleggia più facilmente quello più leggero. Così pure può sembrare che un oggetto piccolo sia favorito rispetto a un oggetto grande. Si mostra facilmente come queste idee, basate peraltro su una qualche forma di esperienza diretta dei bambini, siano in realtà infondate. L esperimento più interessante consiste nel mostrare che una certa quantità fissata di plastilina modellata sotto forma di pallina affonda, mentre sagomata in modo opportuno, galleggia, nonostante la quantità di materiale (e quindi il peso) sia sempre lo stesso. S intuisce che il solo peso non è determinante per il A.Panzarasa, P. Tacconi 12

13 galleggiamento, ma si deve considerare contemporaneamente anche la forma dell oggetto (il volume, per la precisione). Più acqua è spostata da un oggetto durante l immersione, maggiore è la spinta che questo riceve verso l alto. La barchetta di plastilina e il coperchio in orizzontale appoggiano sull acqua un ampia superficie e spostano quindi molta acqua, ricevendo una spinta verso l alto sufficiente a tenerli a galla. La pallina di plastilina e il coperchio in verticale spostano poca acqua, perché la parte che si immerge è ridotta: la spinta che ricevono non basta a farli galleggiare. Esperimento 19: LIMITI DI GALLEGGIAMENTO Una vaschetta in plexiglas (es. di dimensioni 40 x 20 x 25 cm 3 ), un contenitore con la base larga, oggetti diversi (graffette, biglie, sassi, ecc) : a. Riempi la vaschetta d acqua e immergi il contenitore. b. Segna sul contenitore una tacca in corrispondenza del livello dell acqua. c. Pian piano metti un oggetto per volta dentro il contenitore e osserva se la tacca viene superata dal livello dell acqua. Più il contenitore è riempito, più s immerge nell acqua. Il contenitore è concavo e contiene aria. Quando è riempito di oggetti, pur mantenendo le stesse dimensioni, pesa di più, cioè ha una densità maggiore (la densità è il rapporto tra peso e volume). Finché l acqua spostata ha un peso maggiore del contenitore, quest ultimo rimane a galla, anche se s immerge sempre di più; quando il peso del contenitore supera quello dell acqua spostata, il contenitore affonda. Per chiarire meglio questo punto, si fanno alcune prove con un vasetto con chiusura stagna. Dapprima si osserva che il vasetto chiuso, pieno d aria, galleggia molto bene. Poi si riempie parzialmente il vasetto con sassolini, o sabbia, o con acqua stessa, e si osserva che continua a galleggiare ma affonda nel liquido un po di più rispetto a prima. Infine si osserva che il vasetto riempito completamente non galleggia più. In questo esperimento il volume del corpo immerso non cambia, ma cambia il suo peso cioè la sua densità. Si capisce così che un oggetto di un dato volume galleggia meglio se è meno denso del liquido in cui è immerso. Esperimento 20: COSTRUIAMO OGGETTI COMPLESSI: prove di galleggiamento Proviamo a costruire insieme ai bambini degli oggetti modulari utilizzando due materiali, uno che ha la caratteristica di galleggiare e l altro di affondare. Alcuni tappi di sughero tutti uguali, alcuni chiodi tutti uguali, qualche elastico. A.Panzarasa, P. Tacconi 13

14 Trovare le relazioni tra il numero di chiodi e quello dei tappi di sughero per tenere a galla il nostro modellino. Disegna cosa hai realizzato. Divertiti a produrre altri modellini variando la quantità dei chiodi e dei tappi. RELAZIONI TRA DUE LIQUIDI Prove di densità tra diversi liquidi Usiamo recipienti diversi: alti e stretti, larghi e bassi, piccoli o grandi. I liquidi inoltre, non devono essere miscibili fra loro e devono essere omogenei cioè non formati da miscugli di sostanze che si separino facilmente. Per esempio si possono ordinare diversi liquidi secondo il criterio del galleggiamento. Si può usare: olio e alcool, vernice e acqua, olio e acqua, vernice e acqua, olio e alcool. Esperimento 21: LA DIFFERENTE DENSITA DEI LIQUIDI - un contenitore cilindrico, - la stessa quantità di miele, detersivo, acqua, olio e alcol Versiamo con delicatezza i 5 liquidi, seguendo l ordine: miele, detersivo per i piatti o sapone liquido, acqua, olio di semi o di oliva, alcol. Per non mischiare i liquidi, soprattutto quelli meno densi come l alcol e l olio, ci si può aiutare con imbuto o siringa. Cosa succede e perché I diversi liquidi si stratificano senza mescolarsi. La stessa quantità di due liquidi diversi ha un peso differente, a causa della loro diversa densità. I liquidi con una maggiore densità pesano di più e affondano, mentre quelli con una minore densità rimangono negli strati superiori. Esperimento 22: L ACQUA E GLI ALTRI LIQUIDI Confrontare la densità dell acqua con quella di altri liquidi. Materiali Si scelgono tre tipi di liquidi diversi: acqua, olio e alcool di colore rosa. Occorrono tre bicchieri trasparenti per meglio visualizzare il liquido. Chiedere ai bambini che cosa succederà quando mescolerò i diversi liquidi. a. Lentamente si versa prima l olio sopra l acqua. b. Si dispone un altro bicchiere con un po d olio e si versa dentro lentamente l alcool. c. Infine si dispongono in uno stesso bicchiere prima acqua, poi olio e per ultimo alcool. RISULTATI L olio si dispone sopra l acqua, formando due strati nettamente separati. Ciò dimostra che l olio ha una densità più bassa dell acqua, oltre a non essere idrosolubile. Il bicchiere contenente olio e alcool mostra un comportamento simile, con l alcool etilico che si stratifica sopra l olio. Evidentemente, esso ha una densità inferiore all olio e quindi anche all acqua. A.Panzarasa, P. Tacconi 14

15 Nel bicchiere contenente i tre liquidi insieme, si nota una simpatica stratificazione di liquidi colorati. E importante che nel versare l alcool non si oltrepassi lo strato di olio, perché l alcool è molto solubile in acqua per cui i due liquidi si mescolerebbero. La situazione di equilibrio che si stabilisce tra due liquidi non dipende dalle rispettive quantità, né assolute, né relative. Anche una sola goccia d acqua va a fondo in grandi quantità di olio o, viceversa, tutto l olio di un bicchiere galleggia su poca acqua che ne ricopra il fondo. Esperimento 23: IL VINO NON E ACQUA 2 bicchieri di vetro uguali 1 foglietto di carta che servirà per tappare uno dei bicchieri (sarebbe meglio usare carta da lucido.) Acqua e vino Riempi i bicchieri uno con acqua e uno con vino, fino a farli traboccare. a. Scommetti con i tuoi amici che riuscirai a far galleggiare il vino sull'acqua. b. Appoggia il foglietto di carta sopra al bicchiere contenente il vino. c. Ora capovolgi velocemente il bicchiere di vino e sistemalo sopra a quello pieno d'acqua (se farai tutto ciò con cura, il vino non uscirà dal bicchiere durante l'operazione: ricordi il perché? ) d. Sfila quindi il foglietto e voilà, il vino galleggia sull'acqua! Cosa accade e perché Il vino ha una densità un po' più bassa di quella dell'acqua. Inoltre esso non esce dal bicchiere, mentre lo capovolgi, perché la pressione verso l'alto esercitata dall'aria sul foglietto di carta è talmente grande da riuscire a sostenere il peso della colonna di liquido. Esperimento 24: EFFETTO SALAMOIA Sale fino, un bicchiere grande, un uovo, un cucchiaino, un cucchiaio, acqua. a. Versa dell acqua nel bicchiere fino a riempirlo per metà e con l aiuto del cucchiaio, immergi delicatamente l uovo. Che cosa succede? L uovo si posa sul fondo del bicchiere. b. Togli l uovo dall acqua, versa in essa dieci cucchiaini di sale fino e mescola finché si sciolgono: hai ottenuto la salamoia. c. Ora immergi nuovamente l uovo. Che cosa succede? L uovo galleggia. d. Togli l uovo dall acqua e versa molto lentamente altra acqua nel bicchiere fino a riempirlo. A.Panzarasa, P. Tacconi 15

16 e. Immergi ancora l uovo. Che cosa succede? L uovo rimane sospeso a metà bicchiere. Perché? L uovo è più denso dell acqua, quindi affonda, ma l acqua salata è più densa di quella dolce e perciò permette all uovo di galleggiare. Nell ultima fase l acqua dolce galleggia sulla salamoia perché ha una densità minore: l uovo si ferma a metà essendo più denso dell acqua dolce ma meno denso dell acqua salata. Esperimento 25: GHIACCIO E OLIO: LE PERLE D ACQUA Sia il ghiaccio sia l olio galleggiano sull acqua, quale dei due avrà densità maggiore? Come si comporta il ghiaccio immerso nell olio? Materiali Un bicchiere trasparente, olio di semi o altro, ghiaccio. : Immergere il ghiaccio nel bicchiere trasparente in precedenza riempito con l olio a temperatura ambiente. Che cosa accade e perché Il ghiaccio galleggia sull olio. La densità dell olio è maggiore di quella del ghiaccio e minore di quella dell acqua. Il ghiaccio quando fonde, assorbendo calore dall ambiente, forma delle gocce che restano separate come perle e si depositano sul fondo. Attorno alle perle si ha una camicia di olio raffreddato che fa sì che le gocce una volta depositate restino indipendenti tra loro almeno fino al raggiungimento dell equilibrio termico. I FLUIDI NON NEWTONIANI Si chiama fluido non newtoniano, un fluido che segue leggi diverse rispetto ai liquidi e ai solidi che conosciamo. Facciamo riferimento all'acqua ad esempio, che si presenta nei tre stati della materia: liquido, gassoso e solido. Esperimento 26: LIQUIDO O SOLIDO? 10 parti di amido di mais (maizena) o fecola di patate, una parte di acqua, un cucchiaio, una ciotola. : - Versare l amido nella ciotola - Aggiungere l acqua - Mescolare con pazienza - Se è liquido, aggiungere altro amido di mais Che cosa accade e perché Il fluido è pronto quando toccandolo delicatamente con le mani, vi sembra liquido e prendendone un po in mano con decisione diventa solido. Quello che avete appena costruito è un esempio, non tossico e adatto ai bambini, di fluido non newtoniano chiamato anche fluido dilatante. L'applicazione di una forza, per esempio stendendo la superficie con un dito o capovolgendo rapidamente il contenitore in cui è posto, induce il fluido a comportarsi come un solido più che come un liquido. Applicando forze più deboli, come il lento inserimento di un cucchiaio nel fluido, lo manterrà nel suo stato liquido. Una persona che si muova A.Panzarasa, P. Tacconi 16

17 velocemente e che applichi una forza sufficiente con i piedi, può letteralmente camminare sopra un tale liquido, se ne preparassimo in quantità sufficiente. Ad esempio sono fluidi pseudoplastici alcune vernici: sono fluide finché sono applicate con il pennello o a spruzzo ma diventano molto più viscose e "non colano" quando la sollecitazione cessa. Altri esempi molto comuni di fluidi non newtoniani sono rappresentati dal sangue, dall'asfalto, dal dentifricio. Sono sostanze polimeriche materiali artificiali come la plastica, ma anche materiali naturali come il lino o il cotone. MOTO DI UN LIQUIDO IN UN RECIPIENTE Esperimento 27: UNA SEMPLICE FONTANA Un tubo di gomma, un imbuto, la parte in vetro di un contagocce, nastro adesivo, acqua. : a. Con il nastro adesivo fissa l imbuto e il contagocce alle estremità del tubo. b. Chiudi con il dito l apertura del contagocce e riempi il tubo d acqua attraverso l imbuto.(lavora sul lavandino) c. Abbassa l estremità con il contagocce e togli il dito. Uno zampillo d acqua esce dal contagocce: più alzi l imbuto, più alto è lo zampillo. La forza di pressione esercitata dall aria sull apertura dell imbuto e quella dell acqua all interno del tubo producono un getto verso l alto. Alzando l imbuto aumenta l altezza dello zampillo perché è maggiore lo stato d acqua che preme verso il basso. A.Panzarasa, P. Tacconi 17